专利名称：一种切割液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种切割液及其制备方法，尤其是一种用于多晶硅线切割的切割液及其制备方法。
背景技术：
当今人类面临的环境问题日益严峻，工业化生产对切割加工过程中的要求也是越来越高。对于线切割领域，高效、环保、经济、无毒害、可循环使用的新型水溶性切割液成为现代化加工业追求的目标。众所周知，切割液具有润滑、冷却、清洗及防锈等作用，对提高切割液加工质量和效率，减少刀具磨损等均具有显著效果。近十多年来，我国的切割液技术发展很快，切割液 新品种不断出现，性能也不断得到改进和完善，特别是20世纪70年代末生产的水基合成切割液和近几年发展起来的半合成切割液(微乳化切割液)在生产中的推广和应用，为机械加工向节能，减少环境污染，降低工业生产成本方向发展开辟了新路径。切割液有油基和水基两大类，其中的油基切割液的润滑性好些，水基切割液的冷却性好些。但这两种切割液普遍存在一定的缺点油基切割液在高温时易产生烟雾，易着火；水基切割液易生菌腐败，使用期短，容易生锈，不利于回收。例如，现有技术中公开了一种切割液，包括聚乙二醇、胺碱、渗透剂、醚醇类活性剂、乙二胺四乙酸和去离子水。但是，上述体系的切割液的携砂性能均较差，切割液中的颗粒易沉降，大大降低了切割的效率和切割液的使用寿命。
发明内容
为了克服现有技术中的切割液携砂性能差的技术问题，本发明提供了一种切割 液，该切割液具有优异的携砂性能，大大提高了切割的效率和切割液的使用寿命。本发明公开的切割液，包括聚乙二醇、表面活性剂、醇胺和螯合剂，所述螯合剂为环己六醇六膦酸酯。同时，本发明还公开了上述切割液的制备方法，包括将聚乙二醇、表面活性剂、醇胺和螯合剂混合，并以250-300rad/min的转速搅拌30_40min。本发明公开的切割液含有聚乙二醇。聚乙二醇可以吸附于固体颗粒(切割砂)表面，产生足够高的位垒和电垒，不仅阻碍颗粒相互接近、聚结，也能促使固体颗粒团开裂散开，可在一定程度上保证切割液的携砂性能。但是，发明人发现，聚乙二醇的携砂性能仍不足，切割效率和切割液的寿命仍非常短。而本发明的发明人通过大量的实验发现，采用本发明公开的切割液进行线切割时，切割液中的各个组分共同作用，促使上述切割液中的螯合剂有效的络合切割砂颗粒，形成较稳定的空间网络结构，赋予了切割液优异的携砂性能，防止切割砂颗粒的沉降，使切割砂能长时间的悬浮于切割液中，大大提高了切割的效率。另外，上述切割液具有非常低的电导率，在对太阳能电池用多晶硅进行线切割时，不会导致切割得到的硅片的电导率提高，避免了对太阳能电池性能的影响。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明公开了一种切割液，包括聚乙二醇、表面活性剂、醇胺和螯合剂，所述螯合剂为环己六醇六膦酸酯。本发明公开的切割液以聚乙二醇为主要成分。目前，太阳能硅片表面的平整度、洁净度、导电性等性能指标有着严格的要求，太阳能硅片的切割过程中，需要使用硬度高、粒度小且微粒分散均匀的切割砂(碳化硅颗粒)，在切割过程中，碳化硅颗粒与硅棒之间会发生碰撞和摩擦。为了避免被切割开的硅片受切割体系温度升高的影响而发生翘曲和硅片表面被碳化硅颗粒过度研磨而影响其光洁度，必须设法将切割热及破碎颗粒及时带出切割体系。本发明中，以聚乙二醇为主要成分，并结合 本发明特定的螯合剂和表面活性剂、醇胺制备的切割液，具有优良的润滑性能，同时也大大提高了切割过程中的散热性能。本发明中采用的聚乙二醇为本领域公知的，其重均分子量为200-600。上述聚乙二醇可通过商购得到，如PEG-200、PEG-400、PEG-600。本发明公开的切割液中还含有表面活性剂。如本领域技术人员所知道的，上述表面活性剂的含量可以在较大范围内变动，优选情况下，以聚乙二醇的含量为基准，所述表面活性剂的含量为I. 5-llwt%，更优选为3-4wt%。根据本发明，上述表面活性剂为本领域常用的表面活性剂，例如所述表面活性剂含有烷基酚聚氧乙烯醚和/或脂肪醇聚氧乙烯醚。上述烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚均为本领域技术人员所公知的，例如所述脂肪醇聚氧乙烯醚可以为异辛醇聚氧乙烯醚、月桂醇聚氧乙烯醚、丁醇聚氧乙烯醚、十二醇聚氧乙烯醚中的一种或多种。所述烷基酚聚氧乙烯醚可以为壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、多芳基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种上述烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚均可通过商购得到，例如，脂肪醇聚氧乙烯醚可采用0-10、0-15、0-20、0-25中的任意一种。对于上述烷基酚聚氧乙烯醚，其含量可在较大范围内变动，优选情况下，以聚乙二醇的含量为基准，所述烷基酚聚氧乙烯醚的含量为3_4wt wt%。对于上述脂肪醇聚氧乙烯醚，其含量可在较大范围内变动，优选情况下，以聚乙二醇的含量为基准，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的含量为I. 5-2. 5wt wt%。根据本发明，进一步优选情况下，所述切割液中的表面活性剂同时包括烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚。本发明中，通过采用上述表面活性剂，可增强切割液的润滑作用，使表面活性剂分子能吸附于硅片表面，在切割过程中能够减小切割的摩擦力，减少硅片表面的划痕，有效的提高了切割良率。同时，本发明公开的切割液中还包括醇胺，上述醇胺为本领域公知的各种醇胺，例如，所述醇胺选自三乙醇胺、羟乙基乙二胺、三异丙醇胺、二甘醇胺、二甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺中的一种或多种。上述醇胺的含量可以在较大范围内变动，优选情况下，所述切割液中，以聚乙二醇的含量为基准，所述醇胺的含量为l_3wt%。
根据本发明，上述螯合剂为环己六醇六膦酸酯。对于上述螯合剂的含量，可以在较大范围内变动，优选情况下，所述切割液中，以聚乙二醇的含量为基准，所述螯合剂的含量为 O. I-O. 3wt%。根据本发明，上述切割液的表面活性剂中还可以含有聚氧乙烯醚硼酸酯。发明人发现，通过添加聚氧乙烯醚硼酸酯，可大大降低切割液中的含水量，避免由于切割液中的水分而导致的切割过程中水份影响碳化硅的悬浮性，进而影响切割效率。上述聚氧乙烯醚硼酸酯的含量，可以在较大范围内变动，优选情况下，所述切割液中，以聚乙二醇的含量为基准，所述聚氧乙烯醚硼酸酯的含量为3-4wt%。进一步优选情况下，所述表面活性剂同时含有聚氧乙烯醚硼酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚和脂肪醇聚氧乙烯醚。当表面活性剂中同时含有上述三种组分时，三者之间的含量没有关系，只需是二者总含量在I. 5_llwt%范围内即可。为了进一步提高切割液的综合性能，根据本发明，上述切割液中，所述切割液中还 含有爆炸剂和消泡剂。所述爆炸剂为本领域公知的，可改善切割过程的硬力问题，减小切割过程对硬度较高的硅片的损害，同时有效的提高了切割效率。上述爆炸剂可通过商购得到，例如，可采用山东云清化工研究院的爆炸剂。上述爆炸剂的含量为本领域技术人员所公知的，优选情况下，以聚乙二醇的含量为基准，所述爆炸剂的含量为O. 1-0. 2wt%。同时，为了降低切割液中的气泡含量，优选情况下，上述切割液中还可以含有消泡齐U。上述消泡剂为本领域公知的，例如有机硅消泡剂，具体可以采用甲基硅油。上述消泡剂的含量为本领域技术人员所公知的，优选情况下，以聚乙二醇的含量为基准，所述消泡剂的含量为 O. 1-0. 3wt%o另外，本发明还公开了上述切割液的制备方法，包括将聚乙二醇、表面活性剂、醇胺和螯合剂混合，并以250-300rad/min的转速搅拌30_40min。为了使制备得到的切割液性能更好更稳定，优选情况下，先将聚乙二醇搅拌10-15min，然后分别添加表面活性剂、醇胺和螯合剂，相邻两次添加之间还包括搅拌15-20min ;当添加完成后，继续搅拌30_40min。例如，可先将聚乙二醇加入到调和罐中，开始搅拌，然后将表面活性剂(或醇胺或螯合剂)加入到调和罐中，搅拌；再将醇胺(或螯合剂或表面活性剂)加入到调和罐中，搅拌；然后将螯合剂(或表面活性剂或醇胺)加入到调和罐中，搅拌。上述表面活性剂、醇胺和螯合剂的添加次序可以变动，只需分别将各个物质添加，然后搅拌即可。当表面活性剂中含有多种物质时，优选为分别将各种物质单独添加，并在添加后搅拌。通过上述方法即可制备得到本发明公开的切割液。下面通过实施例对本发明进行进一步的说明。实施例I
本实施例用于说明本发明公开的切割液及其制备方法。将100重量份聚乙二醇(PEG_400)、2. 5重量份丁醇聚氧乙烯醚、I重量份羟乙基乙二胺、O. I重量份爆炸剂(山东云清化工研究院)和O. I重量份环己六醇六膦酸酯、O. I重量份有机娃消泡剂加入至调和罐中，启动搅拌机，以250rad/min的转速搅拌40min。得到切割液SI。
实施例2
本实施例用于说明本发明公开的切割液及其制备方法。将100重量份聚乙二醇(PEG-400)加入至调和罐中，启动搅拌机，以250rad/min的转速搅拌15min，然后加入I. 5重量份月桂醇聚氧乙烯醚，搅拌20min ;再加入I重量份二甘醇胺，搅拌20min ;再加入O. I重量份爆炸剂(山东云清化工研究院)，搅拌20min ;再加入O. I重量份环己六醇六膦酸酯，搅拌20min ;然后加入O. I重量份有机硅消泡剂，搅拌30min ;得到切割液S2。实施例3
本实施例用于说明本发明公开的切割液及其制备方法。将100重量份聚乙二醇(PEG-400)加入至调和罐中，启动搅拌机，以250rad/min的转速搅拌13min，然后加入2重量份异辛醇聚氧乙烯醚，搅拌20min ;再加入3重量份辛基酚 聚氧乙烯醚，搅拌20min ;再加入I重量份三乙醇胺，搅拌20min ;再加入O. I重量份爆炸剂(山东云清化工研究院)，搅拌20min ;再加入O. I重量份环己六醇六膦酸酯，搅拌20min ;然后加入O. I重量份有机硅消泡剂，搅拌30min ;得到切割液S3。实施例4
本实施例用于说明本发明公开的切割液及其制备方法。将100重量份聚乙二醇(PEG-400)加入至调和罐中，启动搅拌机，以300rad/min的转速搅拌lOmin，然后加入2重量份异辛醇聚氧乙烯醚，搅拌20min ;再加入4重量份壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌20min ;再加入3重量份聚氧乙烯醚硼酸酯，搅拌20min ;再加入2重量份三乙醇胺，搅拌20min ;再加入O. I重量份爆炸剂(山东云清化工研究院)，搅拌20min ;再加入O. 2重量份环己六醇六膦酸酯，搅拌20min ;然后加入O. I重量份有机硅消泡剂，搅拌30min ;得到切割液S4。实施例5
本实施例用于说明本发明公开的切割液及其制备方法。将100重量份聚乙二醇(PEG-400)加入至调和罐中，启动搅拌机，以300rad/min的转速搅拌12min，然后加入2重量份异辛醇聚氧乙烯醚，搅拌20min ;再加入3. 4重量份壬基酚聚氧乙烯醚，搅拌20min ;再加入3. 8重量份聚氧乙烯醚硼酸酯，搅拌20min ;再加入2. 2重量份三乙醇胺，搅拌20min ;再加入O. 18重量份爆炸剂(山东云清化工研究院)，搅拌20min ;再加入O. 25重量份环己六醇六膦酸酯，搅拌20min ;然后加入O. I重量份有机硅消泡剂，搅拌30min ;得到切割液S5。实施例6
本实施例用于说明本发明公开的切割液及其制备方法。将100重量份聚乙二醇(PEG-400)加入至调和罐中，启动搅拌机，以300rad/min的转速搅拌12min，然后加入2重量份异辛醇聚氧乙烯醚，搅拌20min ;再加入4重量份壬基酹聚氧乙烯醚,搅拌20min ;再加入4重量份聚氧乙烯醚硼酸酯,搅拌20min ;再加入3重量份三乙醇胺，搅拌20min ;再加入O. 2重量份爆炸剂(山东云清化工研究院)，搅拌20min ;再加入O. 3重量份环己六醇六膦酸酯，搅拌20min ;然后加入O. I重量份有机硅消泡剂，搅拌30min ;得到切割液S6。对比例I本对比例用于对比说明本发明公开的切割液及其制备方法。按照实施例5的方法制备切割液，不同的是，未添加环己六醇六膦酸酯。得到切割液D1。对比例2
本对比例用于对比说明本发明公开的切割液及其制备方法。按照实施例5的方法制备切割液，不同的是，采用乙二胺四乙酸钠(EDTA)替换环己六醇六膦酸酯。得到切割液D2。对比例3
本对比例用于对比说明本发明公开的切割液及其制备方法。按照实施例5的方法制备切割液，不同的是，采用羟基亚乙基二膦酸替换环己六醇六膦酸酯。得到切割液D3。性能测试
对上述制备得到的切割液S1-S6以及D1、D2进行如下性能测试。I、防锈性
用滴管于铁锭磨光面上滴加4-5滴切割液，然后将铁锭置于干燥器隔板上，干燥器底部需要预先注入蒸馏水，合上干燥器盖，置于恒温箱中，以95%的湿度在35°C ±2下保持48H后,取出观察。2、悬浮性
测试方法采用同一牌号1200 #碳化硅，考察砂浆48小时悬浮能力。其中，悬浮率测试为25°C下配砂液=80g 80ml的砂浆，充分搅拌2_3分钟后，在IOOml具塞量筒中缓慢加入IOOml砂浆，记录48h后清液高度。悬浮率=〔(80—清液高度)/80〕X 100%。3、电导率
测试方法使用电导率仪(型号上海雷磁新泾仪器有限公司DDS-IIA数显电导率仪)进行测试，电导率仪测试之前需要使用标准KCl校正。4、密度
测试方法使用比重计(型号西化仪(北京)科技有限公司)对密度进行测试。5、黏度
测试方法使用粘度计(型号=LVDV-I+)进行测试。得到的测试结果填入表I。
权利要求
1.一种切割液，包括聚乙二醇、表面活性剂、醇胺和螯合剂，其特征在于，所述螯合剂为环己六醇六膦酸酯。
2.根据权利要求I所述的切割液，其特征在于，所述切割液中，以聚乙二醇的含量为基准，所述螯合剂的含量为O. 1-0. 3wt%。
3.根据权利要求I或2所述的切割液，其特征在于，所述切割液中，以聚乙二醇的含量为基准，所述表面活性剂的含量为1.5-llwt%，所述醇胺的含量为l-3wt%。
4.根据权利要求I所述的切割液，其特征在于，所述表面活性剂含有烷基酚聚氧乙烯醚和/或脂肪醇聚氧乙烯醚。
5.根据权利要求4所述的切割液，其特征在于，所述切割液中，以聚乙二醇的含量为基准，所述烷基酚聚氧乙烯醚的含量为3-4wt%，所述脂肪醇聚氧乙烯醚的含量为I.5-2. 5wt%。
6.根据权利要求1、4或5中任意一项所述的切割液，其特征在于，所述表面活性剂含有聚氧乙烯醚硼酸酯。
7.根据权利要求6所述的切割液，其特征在于，所述切割液中，以聚乙二醇的含量为基准，所述聚氧乙烯醚硼酸酯的含量为3-4wt%。
8.根据权利要求I或3所述的切割液，其特征在于，所述醇胺选自三乙醇胺、羟乙基乙二胺、三异丙醇胺、二甘醇胺、二甲基乙醇胺、N-甲基二乙醇胺中的一种或多种。
9.根据权利要求I所述的切割液，其特征在于，所述切割液中，所述切割液中还含有爆炸剂和消泡剂；以聚乙二醇的含量为基准，所述爆炸剂的含量为O. 1-0. 2wt% ;所述消泡剂的含量为O. 1-0. 3wt%。
10.如权利要求I所述的切割液的制备方法，包括将聚乙二醇、表面活性剂、醇胺和螯合剂混合，并以250-300rad/min的转速搅拌30_40min。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，先将聚乙二醇搅拌10-15min，然后分别添加表面活性剂、醇胺和螯合剂，相邻两次添加之间还包括搅拌15-20min ;当添加完成后，继续搅拌30-40min。
全文摘要
本发明提供了一种切割液及其制备方法。上述切割液包括聚乙二醇、表面活性剂、醇胺和螯合剂，所述螯合剂为环己六醇六膦酸酯。该切割液具有优异的携砂性能，大大提高了切割的效率和切割液的使用寿命。
文档编号C10M169/04GK102827672SQ20111016354
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者王美艳, 张日清, 周勇 申请人:比亚迪股份有限公司